Защитное устройство
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано прежде всего в ручных машинах с дискообразным и вращающимся рабочим инструментом. Защитное устройство содержит основную часть и энергопоглощающий элемент. Последний связан с основной частью с обеспечением их неподвижного соединения при нормальной работе и возможности по меньшей мере одного вращательного движения энергопоглощающего элемента относительно основной части в аварийной ситуации. Такое выполнение повышает эффективность поглощения энергии при разрыве рабочего инструмента и уменьшает опасность травмирования оператора ручной машины. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к защитному устройству, охарактеризованному в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Из публикации DE 20109169 U1 известно защитное устройство, прежде всего для ручных машин с дискообразным и вращающимся рабочим инструментом, имеющее основную часть.
Раскрытие изобретения
Объектом изобретения является защитное устройство, прежде всего для ручных машин с дискообразным и вращающимся рабочим инструментом, имеющее основную часть.
В соответствии с изобретением защитное устройство содержит энергопоглощающий элемент, связанный с основной частью соединением, выполненным таким образом, что при нормальной работе оно является неподвижным, а в аварийной ситуации обеспечивает возможность по меньшей мере одного вращательного движения энергопоглощающего элемента относительно основной части. Это соединение выполнено по меньшей мере в одном месте или по меньшей мере на одном участке, причем вращательное движение происходит в пределах этого места соединения или в пределах этого участка соединения. В этой связи под "нормальной работой" следует понимать режим работы ручной машины, в котором действующая на энергопоглощающий элемент энергия входящих в контакт с ним фрагментов и частиц не превышает некоторого заданного значения. Под "аварийной ситуацией" следует понимать состояние ручной машины, в котором воздействующая на энергопоглощающий элемент энергия входящих в контакт с ним фрагментов и частиц превышает это заданное значение. Защитное устройство, включающее в себя основную часть (каркас, корпус) и энергопоглощающий элемент, в предпочтительном варианте осуществления изобретения расположено вокруг дискообразного и вращающегося рабочего инструмента ручной машины, например угловой шлифовальной машины, в результате чего с помощью предлагаемого в изобретении защитного устройства во время работы ручной машины можно эффективно тормозить искры и/или частицы материала и/или прежде всего вращающиеся и/или отбрасываемые с большой силой наружу осколки разорвавшегося во время работы круга, например шлифовального круга, отрезного круга и иного аналогичного рабочего инструмента, или можно гасить энергию, в частности кинетическую энергию частиц. Основная часть при этом соединена с энергопоглощающим элементом на подверженном опасности участке с помощью подходящих конструктивных мероприятий таким образом, чтобы энергопоглощающий элемент при попадании в него осколков рабочего инструмента поглощал энергию, совершая вращательное движение относительно основной части, или проворачиваясь относительно нее. В этой связи под "энергопоглощающим элементом" следует понимать элемент, который благодаря свойствам его материала и типу его соединения с основной частью способен особенно хорошо воспринимать или поглощать энергию, прежде всего кинетическую энергию, например энергию вращения, энергию поступательного движения, теплоту и т.д., фрагментов и частиц, входящих в контакт с энергопоглощающим элементом. Таким образом, посредством энергопоглощающего элемента у основной части можно создать буферную зону, тем самым обеспечив эффективную защиту основной части. Дополнительно энергопоглощающий элемент уменьшает стремление основной части самой провернуться от ударного силового воздействия за счет того, что высокая прочность материала энергопоглощающего элемента препятствует проникновению и внедрению разлетевшихся фрагментов рабочего инструмента в основную часть. Таким образом, задача энергопоглощающего элемента, который предпочтительно состоит из вязкого, трудно разрушаемого конструкционного материала, заключается как в том, чтобы воспринимать часть энергии, воздействующей на энергопоглощающий элемент в виде удара при разрыве рабочего инструмента, так и в том, чтобы защищать основную часть от повреждения. Это позволяет эффективно отвратить опасность травмирования оператора ручной машины.
Соединение между основной частью и энергопоглощающим элементом может быть выполнено с силовым замыканием, с геометрическим замыканием и/или за счет сил межмолекулярного или межатомного сцепления. В случае соединения с силовым замыканием в отдельных местах соединенных друг с другом частей защитного устройства посредством прессовой посадки (посадки с натягом), создаваемой, например, методом обработки давлением, образуется фрикционный стопор. После приложения импульса энергии при разрыве рабочего инструмента это силовое воздействие преодолевает силу трения покоя между основной частью и энергопоглощающим элементом, и оба элемента конструкции могут совершить движение относительно друг друга на угол, находящийся в определенном угловом диапазоне. Благодаря этому поглощается определенная часть энергии и уменьшается скорость выходящих из защитного устройства осколков. Выполнение соединения с силовым замыканием является особенно простым и недорогим. В случае соединения с геометрическим замыканием соединение основной части и энергопоглощающего элемента имеет вид, например, зубчатого соединения. Зубчатое соединение сначала препятствует смещению энергопоглощающего элемента относительно основной части в радиальном направлении. Однако импульс энергии, мгновенно возникающий при разрыве рабочего инструмента, вызывает упругую или пластическую деформацию этого зубчатого соединения и после этого допускает движение энергопоглощающего элемента в некотором угловом диапазоне. В случае соединения, основанного на использовании сил межмолекулярного или межатомного сцепления, обе части защитного устройства соединены посредством склеивания, сцепления, сварки и иных аналогичных методов таким образом, что импульс энергии, мгновенно возникающий при разрыве рабочего инструмента, вызывает разъединение такого соединения, что позволяет энергопоглощающему элементу сдвинуться относительно основной части. При этом отсутствует необходимость в использовании каких-либо дополнительных крепежных средств.
Кроме того, соединение между основной частью и энергопоглощающим элементом может иметь по меньшей мере одно заданное место разъединения и/или по меньшей мере один заданный участок разъединения. В этой связи под "заданным местом разъединения" и "заданным участком разъединения" следует понимать место или участок соединения, которое(-ый) разделяется или разрушается при заданной нагрузке на защитное устройство, т.е. предсказуемым образом. Использование такого заданного места разъединения или заданного участка разъединения позволяет избежать перегрузки защитного устройства и тем самым предотвратить большее повреждение.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения заданное место разъединения и/или заданный участок разъединения выполнено/выполнен таким образом, что приложение к энергопоглощающему элементу импульса энергии с заданным значением приводит к совершению энергопоглощающим элементом вращательного движения относительно основной части. Благодаря этому при нормальной работе, т.е. при воздействии на энергопоглощающий элемент импульсов энергии ниже заданного значения, энергопоглощающий элемент связан с основной частью неподвижно, и только в аварийной ситуации, т.е. при воздействии импульса энергии, превышающего заданное значение, он совершает вращательное движение относительно основной части.
Далее, энергопоглощающий элемент может быть выполнен в виде борта или пояса. Это позволяет ограничить энергопоглощающий элемент, в отношении его выполнения и расположения, участком, который во время работы ручной машины преимущественно испытывает воздействие искр, частиц материала и/или находится на пути разлета осколков разорвавшегося рабочего инструмента.
Кроме того, энергопоглощающий элемент может быть пригнан к закраине основной части. При этом под "закраиной основной части" следует понимать участок основной части, ориентированный параллельно толщине рабочего инструмента, в частности шлифовального или отрезного круга, и проходит в окружном направлении, располагаясь на основной части вокруг рабочего инструмента. Этим достигается особенно устойчивое выполнение энергопоглощающего элемента на основной части, поскольку основная часть обеспечивает дополнительную поддержку энергопоглощающего элемента.
Предпочтительно, чтобы энергопоглощающий элемент вместе с основной частью закрывал сектор рабочего инструмента угловой протяженностью 180°. Благодаря этому оператор ручной машины, снабженной предлагаемым в изобретении защитным устройством, особенно эффективно ограждается от искр, частиц материала и/или осколков разорвавшегося рабочего инструмента, движущихся с высокой энергией радиально наружу.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества изобретения раскрыты в приведенном ниже описании его осуществления. На чертежах представлен один из вариантов осуществления изобретения. Многочисленные признаки на чертежах, в описании и формуле изобретения раскрыты в определенной комбинации. Исходя из целесообразности, специалист сможет также рассматривать эти признаки по отдельности и объединять в другие рациональные комбинации.
На чертежах показано:
на фиг.1 - вид в разрезе предлагаемого в изобретении защитного устройства, имеющего основную часть и энергопоглощающий элемент,
на фиг.2 - разрез защитного устройства, показанного на фиг.1, по линии II-II,
на фиг.3 - местный вид в разрезе защитного устройства, показывающий соединение основной части и энергопоглощающего элемента в первом варианте его выполнения,
на фиг.4 - местный вид в разрезе защитного устройства, показывающий соединение основной части и энергопоглощающего элемента во втором варианте его выполнения, и
на фиг.5 - местный вид в разрезе защитного устройства, показывающий соединение основной части и энергопоглощающего элемента в третьем варианте его выполнения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 в разрезе изображено предлагаемое в изобретении защитное устройство 10, выполненное в рассматриваемом случае в виде защитного кожуха, предусмотренного для не показанной на чертежах ручной машины, например угловой шлифовальной машины, с дискообразным и вращающимся рабочим инструментом 12 (фиг.2). Защитное устройство 10 включает в себя основную часть 14 и узел 28 крепления.
Основная часть 14 предназначена для защиты оператора ручной машины от искр и/или частиц материала, образующихся во время работы ручной машины. Для этого основная часть 14 образована тарелкообразным элементом 30 в полукруглом исполнении, причем тарелкообразный элемент 30 закрывает сектор рабочего инструмента 12 угловой протяженностью примерно 180° (фиг.2). В рассматриваемом варианте осуществления изобретения элемент 30 состоит из листовой стали. Вместе с тем, он также может быть выполнен из подходящего термически не упрочняемого деформируемого сплава на основе алюминия, который используется, в частности, если необходимо уменьшить вес. В принципе же могут использоваться и другие подходящие с точки зрения специалиста материалы, обладающие достаточной прочностью и твердостью, например углеволоконная конструкция, которую можно использовать для изготовления основной части 14.
В обращенной радиально наружу краевой области 32 тарелкообразной стальной пластины 30 основная часть 14 имеет выполненный в виде закраины защитный пояс 34, который сначала выступает перпендикулярно тарелкообразной стальной пластине 30 (фиг.2). К участку 36 защитного пояса 34, ориентированному перпендикулярно тарелкообразной стальной пластине 30, примыкает перпендикулярно ему еще один участок 38 защитного пояса 34, который проходит параллельно тарелкообразной стальной пластине 30 (фиг.2). Кроме того, этот дополнительный участок 38 защитного пояса 34 выдается радиально внутрь. При этом оба участка 36, 38 защитного пояса 34 и тарелкообразная стальная пластина 30 выполнены за одно целое методом листовой штамповки.
В обращенной радиально внутрь, противолежащей рабочему инструменту 12 краевой области 40 тарелкообразной стальной пластины 30 на основной части 14 установлен узел 28 крепления (фиг.1 и 2). Узел 28 крепления содержит стяжной хомут 42, выполненный из пружинной стали, и зажимной узел 44. Стяжной хомут 42 выполнен кольцеобразным и при этом расположен вокруг полукруглого борта 46 основной части 14, выполненного перпендикулярно тарелкообразной стальной пластине 30 основной части 14 (фиг.1 и 2). При этом полукруглый борт 46 основной части 14 и тарелкообразная стальная пластина 30 выполнены за одно целое методом листовой штамповки (фиг.2). Стяжной хомут 42 в предпочтительном варианте приварен к основной части 14. В принципе, для соединения стяжного хомута 42 и основной части 14 могут использоваться и иные подходящие с точки зрения специалиста методы соединения, например соединение совместной обработкой давлением, и т.д.
Кольцеобразный стяжной хомут 42 затягивается с помощью зажимного узла 44 вокруг не показанной на чертежах посадочной шейки ручной машины, при этом окружность кольцеобразного стяжного хомута 42 вместе с зажимным узлом 44 сокращается или расширяется. В зажимном узле 44, используемом в рассматриваемом варианте осуществления изобретения, соединение основной части 14 и ручной машины долговременно фиксируется с помощью выполненного в виде шарнира зажимного рычага 48.
Дополнительно кольцеобразный стяжной хомут 42 имеет расположенный в области зажимного узла 44 стопорный элемент 50, выполненный в виде ребра, проходящего вдоль участка 52 кольцеобразного стяжного хомута 42 (фиг.1), и входящий в не показанную на чертеже выемку на посадочной шейке ручной машины. Выполненный в виде ребра стопорный элемент 50 предусмотрен для стопорения основной части 14 таким образом, чтобы основная часть 14 устанавливалась вокруг дискообразного и вращающегося рабочего инструмента 12 ручной машины с фиксацией от проворачивания. Дополнительно стопорный элемент 50 играет роль кодирующего элемента, обеспечивающего однозначное соответствие защитного устройства 10 ручной машине (т.е. возможность использования на ручной машине только защитного кожуха данного типа/типоразмера).
Вместе с тем, основная часть 14 также может быть соединена с ручной машиной не показанным на чертежах резьбовым соединением между стяжным хомутом 42 и фланцем редуктора ручной машины, на чертежах также не показанным. Дополнительно находящийся на стяжном хомуте 42 элемент в виде шипа, также не показанный на чертежах, входит в выемку на фланце угловой шлифовальной машины и за счет такого геометрического замыкания препятствует проворачиванию защитного кожуха на фланце. В принципе же для того, чтобы в любом случае исключить проворачивание защитного устройства 10 относительно ручной машины, можно использовать любые средства, подходящие для этого с точки зрения специалиста.
В соответствии с изобретением между участком 38 защитного пояса 34 и тарелкообразной стальной пластиной 30 вдоль контура полукруглой формы стальной пластины 30 с обращенной к рабочему инструменту 12 внутренней стороны 54 участка 36 защитного пояса 34 расположен энергопоглощающий элемент 16 (фиг.1 и 2), который соединен с основной частью 14 таким образом, что при нормальной работе ручной машины это соединение является неподвижным, а в аварийной ситуации оно обеспечивает возможность по меньшей мере одного вращательного движения энергопоглощающего элемента 16 относительно основной части 14. Энергопоглощающий элемент 16 пригнан к закраине 26 основной части 14 и плотно по контуру прилегает к внутренней стороне 54 участка 36, предпочтительно в виде желобчатого профиля, в секторе с угловой протяженностью, которая задана основной частью 14. Энергопоглощающий элемент 16 в предпочтительном случае выполнен в виде внутреннего защитного кожуха. Он выполнен в виде борта 24, проходящего вдоль защитного пояса 34 основной части 14 (фиг.1). Предпочтительно, чтобы энергопоглощающий элемент 16 был выполнен, как и основная часть 14, из листовой стали. В другом варианте энергопоглощающий элемент 16 может быть выполнен, по меньшей мере частично, из материала, более твердого, чем стальная пластина 30 основной части 14, в частности из вспененной стали, или же энергопоглощающий элемент 16 может быть выполнен, по меньшей мере частично, из более мягкого материала, чем стальная пластина 30 основной части 14, что обеспечивает эффективное поглощение искр и/или частиц материала энергопоглощающим элементом 16. В принципе, для изготовления энергопоглощающего элемента 16 могут использоваться и другие подходящие с точки зрения специалиста материалы. Возможен также вариант, в котором энергопоглощающий элемент 16 как при нормальной работе, так и в аварийной ситуации может совершать дополнительные движения относительно основной части 14. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения толщина 58 энергопоглощающего элемента 16 по меньшей мере частично меньше, чем толщина 60 основной части 14. Вместе с основной частью 14 энергопоглощающий элемент 16 закрывает сектор дискообразного и вращающегося рабочего инструмента 12 ручной машины угловой протяженностью 180° (фиг.1).
В случае аварии, например при разрыве рабочего инструмента 12, образовавшиеся осколки отбрасываются с высокой кинетической энергией, ударяясь о кольцеобразную внутреннюю часть защитного устройства 10, или о внутреннюю сторону энергопоглощающего элемента 16. Этот удар создает действующее в тангенциальном направлении усилие, стремящееся провернуть энергопоглощающий элемент 16, выведя его из занимаемого им положения в радиальном направлении. За счет проворачивания энергопоглощающего элемента 16 относительно основной части 14 на угол, определяемый заранее опытным путем, поглощается часть кинетической энергии осколков. Осколки разорвавшегося дискообразного рабочего инструмента 12 затормаживаются и выходят наружу из открытой области 56 защитного устройства 10 с уменьшенной скоростью.
Для того чтобы определить благоприятный для защитного устройства 10 угол проворачивания энергопоглощающего элемента 16 относительно основной части 14, при проведении опытов необходимо принимать во внимание следующие параметры: диаметр дискообразного рабочего инструмента 12, массу рабочего инструмента 12, рабочую частоту вращения рабочего инструмента 12, силу, удерживающую энергопоглощающий элемент 16 и основную часть 14 неподвижно в месте(-ах) их соединения, а также размер фрагментов рабочего инструмента, образующихся при его разрушении.
Соединение энергопоглощающего элемента 16 с основной частью 14 выполнено с силовым замыканием, с геометрическим замыканием и/или за счет сил межмолекулярного или межатомного сцепления. Это соединение имеет по меньшей мере одно заданное место разъединения и/или по меньшей мере один заданный участок разъединения. Заданное место разъединения и/или заданный участок разъединения выполнено/выполнен таким образом, что воздействие на энергопоглощающий элемент 16 импульса энергии с заданным значением приводит к совершению энергопоглощающим элементом 16 вращательного движения относительно основной части 14.
На фиг.3 показано соединение, выполненное в виде зажимного соединения 18. При этом речь идет о соединении с силовым замыканием, реализованном в виде фрикционного стопора. Между основной частью 14 и энергопоглощающим элементом 16 путем обработки основной части 14 давлением создается прессовое соединение, фиксирующее оба элемента 14, 16 конструкции относительно друг друга, для чего на участке 38 основной части 14 в одном или нескольких местах предусмотрены выпуклости 62. Эти выпуклости 62 могут иметь различные формы, например круглую, эллиптическую, линзообразную и/или стержневидную. Они могут быть выполнены, как показано в разрезе на фиг.3, только на участке 38 основной части 14 или также на других участках 30, 32, 36 основной части 14 в виде непрерывных выдавленных углублений.
На фиг.4 показано соединение, выполненное в виде защелкивающегося соединения 20. При этом выпуклости выполнены в виде сопряженных элементов 64 рельефа на обоих элементах конструкции (основной части 14 и энергопоглощающем элементе 16). Для проворачивания элементов конструкции 14, 16 относительно друг друга необходима высвобождающаяся при разрыве рабочего инструмента 12 энергия для обеспечения упругой деформации основной части 14 и энергопоглощающего элемента 16 или участка 38 защитного устройства 10 и радиального смещения энергопоглощающего элемента 16.
Вместе с тем, также возможен вариант, в котором изображенные на фиг.3 и 4 выпуклости расположены на проходящем в окружном направлении участке боковой поверхности, т.е. в месте радиального соединения обоих частей 14, 16. Изменению положения энергопоглощающего элемента 16 в осевом направлении препятствует один или несколько ограждающих зубцов 66, расположенных по окружности открытого участка 38.
На фиг.5 показано соединение, выполненное в виде зубчатого соединения 22. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения для конструктивного оформления соединения обоих элементов 14, 16 конструкции выбрано зубчатое соединение 22 в виде накатки 68 с осепараллельными рифлениями или накатанными зубьями 70, 72, т.е. как основная часть 14, так и энергопоглощающий элемент 16 имеют накатанные зубья 70, 72, способные входить в зацепление друг с другом. В этом варианте осуществления изобретения энергопоглощающий элемент 16 имеет сегментные участки с накатанными зубьями 72 и сегментные участки без накатанных зубьев 72, но с выемками 74, причем вышеупомянутые участки чередуются. Таким образом, участки с находящимися в зацеплении накатанными зубьями чередуются с участками без таковых. Проворачивание энергопоглощающего элемента 16 относительно основной части 14 возможно только за счет срезания вершин накатанных зубьев 70, 72.
Еще одна принципиальная возможность соединения основной части и энергопоглощающего элемента заключается в использовании подходящих крепежных средств, таких как заклепки, штифты или винты, предпочтительно из мягких металлов. Соединения, основанные на использовании сил межмолекулярного или межатомного сцепления, можно получить склеиванием элементов конструкции подходящими специальными клеями. Также можно использовать сварные стальные конструкции, в которых обе детали соединены друг с другом частично (например, точечной сваркой). При этом относительное движение между основной частью и энергопоглощающим элементом может произойти только в случае, если возникающий при разрыве рабочего инструмента импульс энергии срезает крепежное средство или разделяет соединения, выполненные за счет сил межмолекулярного или межатомного сцепления. Иначе говоря, заданное место разъединения выполненного с геометрическим замыканием соединения рассчитано, например, на срезание крепежного средства. Срезание крепежного средства происходит при воздействии на крепежное средство заданного усилия.
В случае комбинации различных металлов, например основной части 14 из алюминия и энергопоглощающего элемента 16 из листовой стали, термическое соединение выполнить невозможно. В этом случае технически и экономически приемлемой альтернативой является метод соединения загибкой кромок или метод соединения листов вдавливанием друг в друга (клинчинг). Этим методом части защитного устройства, расположенные с наложением друг на друга, соединяются друг с другом без дополнительных конструкционных материалов за одну рабочую операцию путем местной холодной обработки давлением таким образом, что это соединение способен разъединить только определенный импульс энергии. В остальном могут использоваться любые подходящие с точки зрения специалиста возможности соединения основной части 14 с энергопоглощающим элементом 16 защитного устройства 10.
1. Защитное устройство (10), прежде всего, для ручных машин с дискообразным и вращающимся рабочим инструментом (12), имеющее основную часть (14), отличающееся тем, что оно содержит энергопоглощающий элемент (16), связанный с основной частью (14) с обеспечением при нормальной работе их неподвижного соединения, а в аварийной ситуации - возможности по меньшей мере одного вращательного движения энергопоглощающего элемента (16) относительно основной части (14).
2. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение выполнено с силовым замыканием, с геометрическим замыканием и/или за счет сил межмолекулярного или межатомного сцепления.
3. Защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что соединение выполнено в виде зажимного соединения (18).
4. Защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что соединение выполнено в виде защелкивающегося соединения (20).
5. Защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что соединение выполнено в виде зубчатого соединения (22).
6. Защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что соединение имеет по меньшей мере одно заданное место разъединения и/или по меньшей мере один заданный участок разъединения.
7. Защитное устройство по п.6, отличающееся тем, что заданное место разъединения и/или заданный участок разъединения выполнено/выполнен таким образом, что приложение к энергопоглощающему элементу (16) импульса энергии с заданным значением приводит к совершению энергопоглощающим элементом (16) вращательного движения относительно основной части (14).
8. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что энергопоглощающий элемент (16) выполнен в виде борта (24).
9. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что энергопоглощающий элемент (16) пригнан к закраине (26) основной части (14).
10. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что энергопоглощающий элемент (16) вместе с основной частью (14) закрывает сектор рабочего инструмента (12) угловой протяженностью 180°.
